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The degradation of cathodic Fe/N/C catalyst in PEMFCs:The evolution of remanent active sites after demetallation
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作者 Xiaohua Yang Wentao Sun +5 位作者 Jiatang Chen Yang Gao Rongxian Zhang Qun Luo Tao Lyu Lei Du 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期100-106,共7页
The state-of-the-art Fe/N/C catalyst has presented comparable initial cathode performance to the benchmark Pt/C catalyst in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).However,the major bottleneck is its significant a... The state-of-the-art Fe/N/C catalyst has presented comparable initial cathode performance to the benchmark Pt/C catalyst in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).However,the major bottleneck is its significant activity decay in real-world PEMFC cells.The superposed“fast decay”and“slow decay”have been well documented to describe the degradation process of Fe/N/C catalysts during PEMFC operation.The fast decay has been well understood in close relation to the demetallation at the initial 15-h stability test.Nevertheless,it is still unclear how the remanent active sites evolve after demetallation.To this end,the catalyst performance and evolution of a typical Fe/N/C active site were herein investigated through postmortem characterizations of the membrane electrode assemblies(MEAs)after different operations.It is presented that 1 bar pressure and 80℃ temperature are the optimized conditions for Fe/N/C MEA.Particularly,the“fast decay”in the initial 15 h is immune to the various operating parameters,while the“slow decay”highly depends on the applied temperature and pressure.According to the X-ray absorption spectra(XAS)analysis and stability test of MEA,the gradual evolution of Fe-N coordination to Fe-O is found correlated with the“slow decay”and accounts for the catalyst decay after the demetallation process. 展开更多
关键词 Fe/N/C Stability Decay mechanism Metal oxidation pemfcs
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洋葱碳基双极板制备及在PEMFCs中的应用 被引量:2
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作者 陈柳玲 张卫珂 +3 位作者 张兰 梁转转 高博文 李琦旺 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第11期1989-1996,共8页
以甲烷为碳源,采用化学气相沉积(CVD)法制备了尺寸均匀(粒径在50~140 nm)的带有金属核心的纳米洋葱碳(CNOs)。通过微波加热对合成的CNOs进行纯化得到纯度为99%的洋葱碳材料,并作为双极板导电填料应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆... 以甲烷为碳源,采用化学气相沉积(CVD)法制备了尺寸均匀(粒径在50~140 nm)的带有金属核心的纳米洋葱碳(CNOs)。通过微波加热对合成的CNOs进行纯化得到纯度为99%的洋葱碳材料,并作为双极板导电填料应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆。通过CNOs的表征和分析表明,合成的CNOs中内嵌Fe-Ni纳米金属粒子。由接触角测试可知,注塑工艺制备的洋葱碳基双极板的润湿角低于91°,亲水性较商用石墨双极板有所改善,有利于电子的传输。经自呼吸电堆耐久性和功率测试发现,由洋葱碳基双极板组装的电堆在13.2 V下的输出功率达到58 W,比商业石墨双极板电堆输出功率(48 W)提高21%。研究证实洋葱碳基复合材料可以提高PEMFCs电堆的功率密度、效率及寿命。 展开更多
关键词 纳米洋葱碳 双极板 PEMFC 输出功率 自呼吸电堆
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Current advances and performance enhancement of single atom M-N-C catalysts for PEMFCs
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作者 Yanhong Lin Wenjun Li +3 位作者 Zeyu Wang Yun Zheng Yining Zhang Xiaogang Fu 《Frontiers in Energy》 2025年第5期642-669,共28页
Single-atom transition metal-nitrogen-doped carbons(SA M-N-Cs)catalysts are promising alternatives to platinum-based catalysts for the oxygen reduction reaction(ORR)in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).Howev... Single-atom transition metal-nitrogen-doped carbons(SA M-N-Cs)catalysts are promising alternatives to platinum-based catalysts for the oxygen reduction reaction(ORR)in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).However,enhancing their performance for practical applications remains a significant challenge.This review summarizes recent advances in enhancing the intrinsic activity of SA M-N-C catalysts through various strategies,such as tuning the coordination environment and local structure of central metal atoms,heteroatom doping,and the creation of dual-/multi metal sites.Additionally,it discusses methods to increase the density of M-Nx active sites,including chelation,defect capture,cascade anchoring,spatial confinement,porous structure design,and secondary doping.Finally,it outlines future directions for developing highly active and stable SA M-N-C catalysts,providing a comprehensive framework for the design of advanced catalysts. 展开更多
关键词 single atom catalysts metal-nitrogen-carbon oxygen reduction reaction(ORR) catalytic performance proton exchange membrane fuel cells(pemfcs)
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Active and stable atomically dispersed Fe-based cathode for PEMFCs
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作者 Shigang Sun 《Science Bulletin》 2025年第24期4119-4121,共3页
Fe-N-C catalysts represent the most promising class of platinum group metal-free(PGM-free)catalysts for the oxygen reduction reaction(ORR)in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),exhibiting intrinsic activity po... Fe-N-C catalysts represent the most promising class of platinum group metal-free(PGM-free)catalysts for the oxygen reduction reaction(ORR)in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),exhibiting intrinsic activity potentially competitive with commercial Pt/C benchmarks.However,critical challenges persist[1].As revealed by theoretical calculations,the enhancement of intrinsic activity in Fe-N-C catalysts is constrained by inherent scaling relations among the adsorption free energies of ORR intermediates on the catalyst surface. 展开更多
关键词 active atomically dispersed Fe based cathode oxygen reduction reaction orr proton exchange membrane fuel cells pemfcs exhibiting theoretical calculationsthe scaling relations stable Fe N C catalysts orr intermediates adsorption free energies
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Optimizing performance of ultra‑thin gas diffusion layer‑less PEMFCs via tailored transition layer thickness between catalyst and metal foam
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作者 Chasen Tongsh Siyuan Wu +1 位作者 Daokuan Jiao Kui Jiao 《Carbon Neutrality》 2025年第1期193-204,共12页
The drawbacks of conventional flow channel-rib flow fields and gas diffusion layers(GDLs)severely restrict mass transport and water management in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),thereby limiting their volu... The drawbacks of conventional flow channel-rib flow fields and gas diffusion layers(GDLs)severely restrict mass transport and water management in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),thereby limiting their volumetric power density.Our previous study proposed an ultrathin GDL-less PEMFC that uses metal foam to replace traditional flow fields and GDLs,significantly reducing mass transport distance and cell thickness while enhancing volumetric power density.To ensure contact and transition between the catalyst layer and metal foam,an ultrathin carbon nanofiber film(CNFF)is employed in this structure.This study systematically investigates the effect of CNFF thickness on the performance of ultrathin GDL-less PEMFCs.Results demonstrate that the protective effect of CNFF on the catalyst coated membrane(CCM)is strongly correlated with its thickness.Specifically,thinner CNFF offers less protection to the catalyst layer,resulting in an 30%difference in electrochemical active surface area(ECSA).A moderate increase in thickness reduces ohmic overpotential and enhances Knudsen diffusion within the oxygen catalyst layer,while excessive thickness leads to a decrease in oxygen molecular diffusion.Additionally,thicker CNFF provides better water storage and more effective water management under medium current densities,although performance degrades at ultrahigh current densities.Overall,the 25-μm CNFF balances these various factors to achieve the best integrated performance.These findings highlight that the optimal performance of GDL-less PEMFCs can be achieved by regulating the thickness of CNFF. 展开更多
关键词 PEMFC Metal foam Flow field Gas diffusion layer Carbon nanofiber
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密封圈微观形貌与操作条件对PEMFC密封性能影响研究
6
作者 韩恺 黄威超 +2 位作者 王萱宇 吕宝 郑莎 《北京理工大学学报》 北大核心 2026年第2期160-168,共9页
为了研究质子交换膜燃料电池密封圈表面微观形貌和操作条件对密封性能的影响规律,采用分形理论量化密封圈表面形貌,通过分形维数D和尺度系数G表征表面的复杂形貌和多尺度特性,构建了包含密封圈微观形貌的二维封装模型.结合泊肃叶理论和R... 为了研究质子交换膜燃料电池密封圈表面微观形貌和操作条件对密封性能的影响规律,采用分形理论量化密封圈表面形貌,通过分形维数D和尺度系数G表征表面的复杂形貌和多尺度特性,构建了包含密封圈微观形貌的二维封装模型.结合泊肃叶理论和Roth模型计算气体泄漏率,并通过实验验证模型准确性.结果表明:分形维数D增加导致氢气泄漏率上升,而尺度系数G增加有助于抑制氢气泄漏.封装压力低于0.4 MPa时表面形貌主导泄漏行为,高于0.4 MPa时密封性能趋于稳定.在低封装压力下应重点关注表面微观形貌优化,高封装压力下则需同时强化操作参数调控,为工程应用中的密封设计提供了理论依据. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 密封性能 分形参数 操作条件 封装压力
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燃料电池金属双极板的研究进展与展望
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作者 罗海文 林雄 +1 位作者 刘高阳 胡斌 《金属学报》 北大核心 2026年第2期263-274,共12页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板材料耐腐蚀与导电性能的协同优化是实现氢能高效利用的核心挑战。本文系统评述了铝合金、钛合金、奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢等金属双极板的性能瓶颈和改性策略:铝合金和钛合金需依赖贵金属涂层(如Au/N... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板材料耐腐蚀与导电性能的协同优化是实现氢能高效利用的核心挑战。本文系统评述了铝合金、钛合金、奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢等金属双极板的性能瓶颈和改性策略:铝合金和钛合金需依赖贵金属涂层(如Au/Ni-P、CrN)以平衡耐腐蚀性能与导电性能,这导致工艺复杂、成本高昂;奥氏体不锈钢通过Cr/Mo协同优化可提升耐腐蚀性能,但其钝化膜增厚导致界面接触电阻超标;铁素体不锈钢虽然抗晶间腐蚀和点蚀能力提高,但延展性较差难以加工成型,且无涂层时其腐蚀电流密度较高。表面涂层(如CrN、导电高分子)技术虽能显著改善不锈钢双极板的耐腐蚀和导电性能,但工艺复杂且耐久性不足。本文回顾了上述各类型双极板材料的优缺点,探讨了通过高Cr铁素体不锈钢的全新合金化策略,使得在改善其成型性的同时还能在无涂层状态下同步改善耐腐蚀和导电性能。最后,对PEMFC双极板材料未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 双极板材料 铁素体不锈钢 耐腐蚀-导电性能协同优化
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基于变权重与QPSO-BiLSTM的PEMFC健康状态评价与预测
8
作者 郭燚 赵前程 《上海海事大学学报》 北大核心 2026年第1期157-167,共11页
针对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)健康状态难以准确评价与预测的问题,提出一种基于变权重与改进的双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)的PEMFC健康状态评价与... 针对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)健康状态难以准确评价与预测的问题,提出一种基于变权重与改进的双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)的PEMFC健康状态评价与预测方法。建立PEMFC的健康状态评价指标体系,引入相对劣化度表征各项指标的健康度,并利用健康度量化PEMFC的健康状态;结合改进CRITIC法与模糊层次分析法确定各指标的变权重,应用变权重模糊综合评价模型量化评价PEMFC的健康状态。在PEMFC健康状态评价结果的基础上,利用量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization,QPSO)算法优化BiLSTM的关键超参数,构建QPSO-BiLSTM模型对PEMFC的健康状态进行预测。在实测PEMFC数据集上与其他方法进行比较,结果表明,变权重模糊综合评价模型能够更准确地评价PEMFC的健康状态;QPSO-BiLSTM预测模型在各项评价指标上的表现均优于对比模型,预测精度得到显著提升。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 健康状态 模糊综合评价 变权重 量子粒子群优化(QPSO)算法 双向长短期记忆网络(BiLSTM)
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Covalent organic framework ionomers enable synergistic efficient transport of protons and oxygen in medium-temperature proton exchange membrane fuel cells
9
作者 Zijie Lin Qing Li 《Chinese Chemical Letters》 2026年第1期7-9,共3页
Covalent organic framework ionomers enable synergistic efficient transport of protons and oxygen in medium-temperature proton exchange membrane fuel cells Proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),as clean and effic... Covalent organic framework ionomers enable synergistic efficient transport of protons and oxygen in medium-temperature proton exchange membrane fuel cells Proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),as clean and efficient energy technologies,are constrained in their performance enhancement by the sluggish oxygen reduction reaction(ORR)kinetics at the cathode,anode CO poisoning(e.g.,from methanol crossover)and intricate water management dilemmas[1]. 展开更多
关键词 covalent organic framework ionomers proton exchange membrane fuel cells pemfcs proton exchange membrane fuel cells sluggish oxygen reduction reaction orr kinetics PROTONS water management dilemmas OXYGEN
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结合机理信息和深度学习算法的质子交换膜燃料电池性能退化预测研究
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作者 余婉秋 吴凡 +3 位作者 姜攀星 王林辉 王雅东 詹志刚 《材料导报》 北大核心 2026年第7期1-9,共9页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为重要的现代可持续能源转换装置,其性能退化趋势的准确预测对于提高系统可靠性与延长使用寿命具有重要意义。传统的数据驱动方法缺少对机理信息的考虑,导致神经网络模型一直存在“黑盒”现象。本工作提出... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为重要的现代可持续能源转换装置,其性能退化趋势的准确预测对于提高系统可靠性与延长使用寿命具有重要意义。传统的数据驱动方法缺少对机理信息的考虑,导致神经网络模型一直存在“黑盒”现象。本工作提出了一种融合卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)和注意力机制的混合深度学习模型CNN-LSTM-A,并引入麻雀搜索优化算法(SSA)实现超参数自动优化。以PEMFC输出电压为退化性能指标,在不同训练集占比下对模型进行了性能评估,结果显示该模型能够准确捕捉燃料电池的老化趋势。为进一步增强模型的物理可解释性,本工作引入与燃料电池退化机制相关的机理参数作为输入特征,结果表明融合机理信息后模型预测精度有所提升,验证了机理信息对于神经网络模型在预测任务中的重要性。此外,通过对比实验对所提出的模型开展的优越性验证结果表明,引入注意力机制和SSA显著提升了模型性能,且CNN与LSTM的融合模型较单一结构具有更优的预测效果。 展开更多
关键词 PEMFC CNN-LSTM-A SSA 机理参数 性能退化预测
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质子交换膜燃料电池微孔层径向高传质结构研究
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作者 李超磊 马震翔 +4 位作者 罗龙洋 于鸿昊 谭金婷 李赏 潘牧 《材料导报》 北大核心 2026年第1期13-17,共5页
微孔层(MPL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中质量传递的核心枢纽,提高MPL的水气管理能力对增大电池的极限电流密度、提高电池最大功率密度具有重要意义。本工作采用动态冰模板法制备了具有径向孔道的MPL,增强了电池的水气管理能力。同时... 微孔层(MPL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中质量传递的核心枢纽,提高MPL的水气管理能力对增大电池的极限电流密度、提高电池最大功率密度具有重要意义。本工作采用动态冰模板法制备了具有径向孔道的MPL,增强了电池的水气管理能力。同时通过调整乙醇浴温度改变孔径,结合物理表征和电化学测试对电池性能进行详细的分析。结果表明,孔径随过冷度的增加而减小,-20-Cell的孔径最大,为60μm,与传统微孔层相比传质阻抗减小约54%,电池的功率密度可达1.89 W/cm^(2)@3600 mA/cm^(2)。本工作揭示了开发具有径向孔道的MPL对增强燃料电池在高电流密度下的水气管理能力、提高电池性能的重要意义。 展开更多
关键词 PEMFC MPL 通道/肋效应 水气管理 径向孔道
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极地低温环境燃料电池冷启动过程模拟仿真研究
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作者 王进 杨子荣 +2 位作者 窦银科 张国宾 左广宇 《电气工程学报》 北大核心 2026年第1期76-84,共9页
以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)在极地综合能源发电系统中具有巨大的应用潜力,但极地低温(~213.15 K)、低压(0.55~0.95 atm)和低氧含量(20.4%~20.95%)等恶劣环境对PEMFC正常运行提出了... 以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)在极地综合能源发电系统中具有巨大的应用潜力,但极地低温(~213.15 K)、低压(0.55~0.95 atm)和低氧含量(20.4%~20.95%)等恶劣环境对PEMFC正常运行提出了巨大挑战。为此,搭建了考虑PEMFC内部热质传输与电化学反应过程的一维瞬态全电池冷启动模型,在模型验证的基础上,对南极科考站区不同环境温度和空气压力条件下PEMFC冷启动过程中的输出电压、内部冰和水的形成分布、电池温度等变化规律进行了深入分析。模拟结果发现,PEMFC在相同电流密度加载下,冷启动温度越低,电压衰减及冰生成速度越快,且在更低温度(<243.15 K)下,电压衰减的主要直接因素将由浓差极化损失转为欧姆极化损失。此外,低温低压下活化极化损失将进一步缩短冷启动过程中PEMFC存活时间。所开发模型和仿真计算结果可为PEMFC在极地科考站区及野外观监测台站的发电系统中的应用研究奠定基础。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 南极低温低压 冷启动 数值仿真 极化电压损失
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渐扩三维波浪流道对PEMFC水气输运和性能的影响
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作者 吴卫 李文浩 杜常清 《工程热物理学报》 北大核心 2026年第2期578-587,共10页
阴极流道形状对质子交换膜燃料电池阴极室气体分布、微孔层排水性能及输出性能具有重要影响。本文通过构建单流道三维非等温两相流模型,研究了渐扩流道和三维波浪形流道结构对燃料电池输出性能的影响规律;提出了渐扩型三维波浪流道的双... 阴极流道形状对质子交换膜燃料电池阴极室气体分布、微孔层排水性能及输出性能具有重要影响。本文通过构建单流道三维非等温两相流模型,研究了渐扩流道和三维波浪形流道结构对燃料电池输出性能的影响规律;提出了渐扩型三维波浪流道的双重强化方案,并研究该流道结构对质子交换膜燃料电池内部反应气体扩散运输、微孔层内液态水的排除以及输出性能的影响。结果表明:渐扩流道和三维波浪流道均能提升电池输出性能,功率密度最大分别可增加4%、1.13%;双重强化的渐扩型三维波浪流道在促进氧气扩散运输的同时,还使液态水的排除能力得到提升,排水性能最高提升了4.6%,增强了电池的输出特性,功率密度最大可提升4.04%。 展开更多
关键词 PEMFC 渐扩型流道 三维波浪流道 双重强化
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氢燃料电池特斯拉阀型极板流动分析及性能研究
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作者 解雅雯 吕承举 +3 位作者 刘洋洋 王一鸣 陈忠言 李新海 《内燃机与动力装置》 2026年第1期27-37,共11页
为了改善质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场的压力与温度分布,提高PEMFC的功率密度,设计基于特斯拉阀的双极板结构,基于AVL FIRETM M构建三维多物理场耦合模型,采用控制变量法,对比特斯拉阀夹角... 为了改善质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场的压力与温度分布,提高PEMFC的功率密度,设计基于特斯拉阀的双极板结构,基于AVL FIRETM M构建三维多物理场耦合模型,采用控制变量法,对比特斯拉阀夹角、单元间距、流道间距等影响流道结构的关键几何参数对流道压降、温差、最高温度的影响。结果表明:较小的流道间距(6.0~7.0 mm)有利于强化流道脊下传质;较短的单元间距(1.0 mm)能够引入高频流动扰动;适中的特斯拉阀夹角(125°~130°)可在可控压降范围内形成增强传质的涡旋结构。三者协同构建出高效自扰动流场,优先保障反应物供应,强化局域传热传质,提高PEMFC的功率密度与运行稳定性。 展开更多
关键词 PEMFC 特斯拉阀 双极板 涡流 极化曲线
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PEMFC振动泄漏问题研究进展
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作者 张喜玉 邢彦锋 杨夫勇 《电源技术》 北大核心 2026年第3期411-423,共13页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效能和零污染排放而成为清洁能源转型的重要方向,但在实际运行中常受到机械振动影响,进而引发密封失效与泄漏问题。综述了PEMFC密封研究的进展,重点涵盖密封材料特性、有限元分析在密封结构设计中的应用... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效能和零污染排放而成为清洁能源转型的重要方向,但在实际运行中常受到机械振动影响,进而引发密封失效与泄漏问题。综述了PEMFC密封研究的进展,重点涵盖密封材料特性、有限元分析在密封结构设计中的应用,以及温度与运行环境对密封性能的影响。同时,结合螺栓振动松动和橡胶振动松弛泄漏机理模型,探讨了振动条件下PEMFC的泄漏行为演变机制,涉及密封结构、气体扩散层及其他关键部件的变化过程,并分析了影响泄漏率的主要因素。在此基础上,总结了泄漏检测与控制的最新方法,包括气体泄漏检测技术、压力监测手段,以及通过结构优化、材料改进和主动密封技术提升密封可靠性的措施。 展开更多
关键词 PEMFC 振动条件 泄漏机理模型 密封性能 泄漏检测与控制
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质子交换膜燃料电池用氢气纯化材料的研究进展
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作者 邢航 赵文慧 +1 位作者 刁玉霞 徐广通 《石油学报(石油加工)》 北大核心 2026年第1期96-106,共11页
国家标准GB/T 37244—2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》规定质子交换膜燃料电池(PEMFC)用H_(2)纯度为99.97%,痕量的杂质就会对PEMFC造成不可逆转的伤害。为了满足PEMFC用H_(2)质量标准,须采用吸附分离材料对H_(2)进行纯化。针... 国家标准GB/T 37244—2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》规定质子交换膜燃料电池(PEMFC)用H_(2)纯度为99.97%,痕量的杂质就会对PEMFC造成不可逆转的伤害。为了满足PEMFC用H_(2)质量标准,须采用吸附分离材料对H_(2)进行纯化。针对H_(2)中CO、H_(2)S、CH_(4)、氯代烷烃、HCHO、NH_(3)等典型杂质,深入分析了金属有机骨架化合物(MOFs)、活性炭、分子筛、金属氧化物等不同材料的吸附性能,总结了各种杂质吸附剂的吸附机理,并对H_(2)中痕量杂质吸附剂的未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 氢气 纯化 吸附材料 金属有机骨架化合物(MOFs) 活性炭 分子筛
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基于AI算法的PEMFC发电系统的优化
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作者 杨泽雨 雷金勇 +2 位作者 廖文浩 杨曦 袁新杰 《电池》 北大核心 2026年第1期61-68,共8页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前我国大型储能及发电系统的主要技术之一。兆瓦级发电系统常采用多个百千瓦级PEMFC系统并联而成,多个系统实现多机并联发电控制是系统设计难点之一。通过人工智能(AI)算法搭建多机协同控制系统,实现多机... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前我国大型储能及发电系统的主要技术之一。兆瓦级发电系统常采用多个百千瓦级PEMFC系统并联而成,多个系统实现多机并联发电控制是系统设计难点之一。通过人工智能(AI)算法搭建多机协同控制系统,实现多机协同及自动控制,兆瓦级PEMFC系统的发电效率达50%以上,并满足40000 h以上的寿命要求。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 发电系统 人工智能(AI) 多机协同 发电效率 寿命
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基于模糊ADRC的燃料电池氢气供给子系统动态建模与控制研究
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作者 邓治夏 冯勇 +1 位作者 何苗苗 马东伟 《电气工程学报》 北大核心 2026年第1期147-159,共13页
质子交换膜燃料电池氢气供给系统在动态工况下具有显著的非线性、滞后性及对外部扰动的高敏感性,阳极压力波动对电堆性能与系统经济性构成制约。针对供氢系统存在的响应迟滞、滞回效应及氮气渗透等动态特性,构建多变量耦合的燃料电池氢... 质子交换膜燃料电池氢气供给系统在动态工况下具有显著的非线性、滞后性及对外部扰动的高敏感性,阳极压力波动对电堆性能与系统经济性构成制约。针对供氢系统存在的响应迟滞、滞回效应及氮气渗透等动态特性,构建多变量耦合的燃料电池氢气供给系统仿真模型,并提出了融合模糊控制和自抗扰控制的模糊自整定控制策略(Fuzzy-ADRC),基于压力偏差及其变化率在线自适应调整ADRC关键参数,从而有效克服传统ADRC在参数辨识复杂、动态适应性不足等方面的局限性。实验结果表明,所提策略可将排氮压力波动限制在1.08 kPa以内,变载响应时间不超过5.4 s,最大压力超调小于10.65 kPa。与传统PID控制相比,排氮压力波动、响应时间和压力超调分别降低50.68%、19.88%和25.05%,显著增强了系统对外部扰动的抑制能力与动态跟踪性能。研究成果为燃料电池供氢系统的优化设计与高效控制提供了理论依据和工程参考。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 氢气供给系统 动态建模 模糊控制 自抗扰控制
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梯度微孔层PEMFC膜电极的水气传输性能
19
作者 陈祥华 王开琼 +3 位作者 何苗苗 邓治夏 冯勇 刘俊 《电池》 北大核心 2026年第1期103-108,共6页
针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极气体扩散层(GDL)水气传输效率较低的问题,提出双层梯度结构微孔层设计的GDL结构,并借助微孔层数值重构算法和多场耦合数值模拟仿真方法,分析装配梯度化结构微孔层时膜电极内部的水气传输过程,重点... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极气体扩散层(GDL)水气传输效率较低的问题,提出双层梯度结构微孔层设计的GDL结构,并借助微孔层数值重构算法和多场耦合数值模拟仿真方法,分析装配梯度化结构微孔层时膜电极内部的水气传输过程,重点研究操作电流密度变化对膜电极发电性能的影响。优化GDL的孔隙率、厚度和材料分布,可改善膜电极内的水气传输性能,减少“水淹”和“干涸”现象的发生,提高PEMFC的整体性能。碳纳米管(CNT)掺杂量为20%质量分数时,可提升微孔层电导率、气体扩散率,优化界面欧姆阻抗,制得的膜电极在0.61 V电压下,最大功率密度达到1.525 W/cm^(2),性能超过传统膜电极的10%。 展开更多
关键词 梯度微孔层 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 膜电极组件(MEA) 水管理
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Ultrathin nanoporous metal electrodes facilitate high proton conduction for low-Pt PEMFCs 被引量:5
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作者 Shuai Shi Xianglong Wen +7 位作者 Qinqin Sang Shuai Yin Kaili Wang Jian Zhang Min Hu Huiming Yin Jia He Yi Ding 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2021年第8期2681-2688,共8页
Design of catalyst layers(CLs)with high proton conductivity in membrane electrode assemblies(MEAs)is an important issue for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).Herein,an ultrathin catalyst layer was constructe... Design of catalyst layers(CLs)with high proton conductivity in membrane electrode assemblies(MEAs)is an important issue for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).Herein,an ultrathin catalyst layer was constructed based on Pt-decorated nanoporous gold(NPG-Pt)with sub-Debye-length thickness for proton transfer.In the absence of ionomer incorporation in the CLs,these integrated carbon-free electrodes can deliver maximum mass-specific power density of 198.21 and 25.91 kW·gPt^(-1) when serving individually as the anode and cathode,at a Pt loading of 5.6 and 22.0 pg·cm^(-2),respectively,comparable to the best reported nano-catalysts for PEMFCs.In-depth quantitative experimental measurements and finite-element analyses indicate that improved proton conduction plays a critical role in activation,ohmic and mass transfer polarizations. 展开更多
关键词 nanoporous metal electrode proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) ultrathin catalyst layer proton conduction DEALLOYING
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